低碳钢和铸铁的扭转实验报告

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1、扭转试验报告一、试验目的1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs。和剪切强度极限近似值τb。2、测定铸铁的剪切强度极限τb。3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。二、设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、试验原理1、低碳钢试样对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-φ曲线（见图1）。最初材料处于图1低碳钢是扭转试验弹性状态，截面上应力线性分布，T-φ图直线上升。到A点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs。以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-φ图呈曲线上升。至B点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。这不动或摆动的最小值就是屈服扭

2、矩Ts。再以后材料强化，T-φ图上升，至C点试样断裂。在试验全过程中，试样直径不变。断口是横截面（见图2a·4·），这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。图2低碳钢和铸铁的扭转端口形状据屈服扭矩（2-1）按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。据最大扭矩Tb可得：（2-2）按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb。说明：（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到τs后推导出来的。公式（2-2）形式上与公式（2-1）虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。（2）国标G

3、B10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。·4·II、铸铁试样铸铁的曲线如图3所示。呈曲线形状，变形很小就突然破裂，有爆裂声。断裂面粗糙，是与轴线约成45°角的螺旋面（见图1-3-2b）。这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力，而这面上拉应力最大之故。据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb。图3铸铁扭转曲线图四、试验步骤1、测量试样尺寸以最小横截面直径计算截面系数（抗扭截面模量）Wp。2、试验机准备刻度盘指针调零指针调零，安装绘图记录纸，安装记录笔。3、安装试样，用粉笔在试

4、样上画一母线，用以观察试样变形情况。4、测试对低碳钢试样，起先缓慢加载，注意观察绘图和载荷指针转动情况。待记录下屈服扭矩Ts后改用快速加载，直至断裂记录下最大扭矩Ts。·4·对铸铁试样，慢速加载，注意观察绘图、载荷指针转动和试样变形情况直到试样断裂，记录下最大扭矩Tb。5、取下试样，观察并分析断口形貌和形成原因。6、试验机回复原状，清理现场。五、思考题1、根据低碳钢和铸铁试样扭转破坏的情况分析破坏原因。答：低碳钢试件受扭转时沿横截面破坏，此破坏是由横截面上的切应力造成的，说明低碳钢的抗剪强度较差;铸铁试件受扭转时沿大约45度斜截面破坏，断口粗糙，此破坏是由斜截面上的拉

5、应力造成的，说明铸铁的抗拉强度较差。2、铸铁扭转破坏断裂面为何是45°螺旋面？答：铸铁扭转破坏断裂面为何是45度螺旋面而不是45度平面铸铁扭转时主要受45度切应力作用且所受切应力最大,而铸铁的抗拉能力较抗剪能力弱,故产生螺旋面破坏。·4·